package p.ithorns.framework.common.uuid;

import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import org.springframework.util.Assert;
import org.springframework.util.StringUtils;
import p.ithorns.framework.common.thread.SystemClock;

import java.lang.management.ManagementFactory;
import java.net.InetAddress;
import java.net.NetworkInterface;
import java.util.concurrent.ThreadLocalRandom;

/**
 * 高效分布式ID生成算法(sequence),基于Snowflake算法优化实现64位自增ID算法。
 * 其中解决时间回拨问题的优化方案如下：
 * 1. 如果发现当前时间少于上次生成id的时间(时间回拨)，则计算回拨的时间差
 * 2. 如果时间差(offset)小于等于5ms，着等待 offset * 2 的时间再生成
 * 3. 如果offset大于5，则直接抛出异常
 */
public class SnowFlakeIdx {

    private static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(SnowFlakeIdx.class);

    private static final Sequence WORKER = new Sequence();

    public static long getId() {
        return WORKER.nextId();
    }

    public static String getIdStr() {
        return String.valueOf(WORKER.nextId());
    }


    /**
     * 分布式高效有序ID生成器
     * 优化开源项目：http://git.oschina.net/yu120/sequence
     *
     * Twitter_Snowflake<br>
     * SnowFlake的结构如下(每部分用-分开):<br>
     * 0 - 0000000000 0000000000 0000000000 0000000000 0 - 00000 - 00000 -
     * 000000000000 <br>
     * 1位标识，由于long基本类型在Java中是带符号的，最高位是符号位，正数是0，负数是1，所以id一般是正数，最高位是0<br>
     * 41位时间截(毫秒级)，注意，41位时间截不是存储当前时间的时间截，而是存储时间截的差值（当前时间截 - 开始时间截)
     * 得到的值），这里的的开始时间截，一般是我们的id生成器开始使用的时间，由我们程序来指定的（如下下面程序IdWorker类的startTime属性）。41位的时间截，可以使用69年，年T
     * = (1L << 41) / (1000L * 60 * 60 * 24 * 365) = 69<br>
     * 10位的数据机器位，可以部署在1024个节点，包括5位datacenterId和5位workerId<br>
     * 12位序列，毫秒内的计数，12位的计数顺序号支持每个节点每毫秒(同一机器，同一时间截)产生4096个ID序号<br>
     * 加起来刚好64位，为一个Long型。<br>
     * SnowFlake的优点是，整体上按照时间自增排序，并且整个分布式系统内不会产生ID碰撞(由数据中心ID和机器ID作区分)，并且效率较高，经测试，SnowFlake每秒能够产生26万ID左右。
     *
     * @author zlt
     * @date 2019/3/5
     */
    static class Sequence {
        /**
         * 机器标识位数
         */
        private final long workerIdBits = 5L;
        private final long nodeIdBits = 5L;
        private final long maxWorkerId = ~(-1L << workerIdBits);
        private final long maxNodeId = ~(-1L << nodeIdBits);
        /**
         * 毫秒内自增位
         */
        private final long sequenceBits = 12L;
        private final long workerIdShift = sequenceBits;
        private final long nodeIdShift = sequenceBits + workerIdBits;
        /**
         * 时间戳左移动位
         */
        private final long timestampLeftShift = sequenceBits + workerIdBits + nodeIdBits;
        private final long sequenceMask = ~(-1L << sequenceBits);

        private final long workerId;

        /**
         * 数据标识 ID 部分
         */
        private final long nodeId;
        /**
         * 并发控制
         */
        private long sequence = 0L;
        /**
         * 上次生产 ID 时间戳
         */
        private long lastTimestamp = -1L;

        /**
         * 时间回拨最长时间(ms)，超过这个时间就抛出异常
         */
        private long timestampOffset = 5L;

        public Sequence() {
            this.nodeId = getNodeId(maxNodeId);
            this.workerId = getMaxWorkerId(nodeId, maxWorkerId);
        }

        public long getNodeId() {
            return nodeId;
        }

        public long getWorkerId() {
            return workerId;
        }

        /**
         * <p>
         * 有参构造器
         * </p>
         *
         * @param workerId 工作机器 ID
         * @param nodeId   序列号
         */
        public Sequence(long workerId, long nodeId) {
            Assert.isTrue(
                    workerId < maxWorkerId && workerId >= 0,
                    String.format("Worker Id can't be greater than %d or less than 0", maxWorkerId)
            );
            Assert.isTrue(
                    nodeId < maxNodeId && nodeId >= 0,
                    String.format("DataCenter Id can't be greater than %d or less than 0", maxNodeId)
            );
            this.workerId = workerId;
            this.nodeId = nodeId;
        }

        /**
         * <p>
         * 获取 maxWorkerId
         * </p>
         */
        protected static long getMaxWorkerId(long dataCenterId, long maxWorkerId) {
            StringBuilder mpid = new StringBuilder();
            mpid.append(dataCenterId);
            String name = ManagementFactory.getRuntimeMXBean().getName();
            if (StringUtils.isEmpty(name)) {
                /*
                 * GET jvmPid
                 */
                mpid.append(name.split("@")[0]);
            }
            /*
             * MAC + PID 的 hashcode 获取16个低位
             */
            return (mpid.toString().hashCode() & 0xffff) % (maxWorkerId + 1);
        }

        /**
         * <p>
         * 数据标识id部分
         * </p>
         */
        public static long getNodeId(long maxDataCenterId) {
            long id = 0L;
            try {
                InetAddress ip = InetAddress.getLocalHost();
                NetworkInterface network = NetworkInterface.getByInetAddress(ip);
                if (network == null) {
                    id = 1L;
                } else {
                    byte[] mac = network.getHardwareAddress();
                    if (null != mac) {
                        id = ((0x000000FF & (long) mac[mac.length - 1]) | (0x0000FF00 & (((long) mac[mac.length - 2]) << 8))) >> 6;
                        id = id % (maxDataCenterId + 1);
                    }
                }
            } catch (Exception e) {
                log.warn(" getNodeId: " + e.getMessage());
            }
            return id;
        }

        /**
         * 获取下一个ID
         *
         * @return
         */
        public synchronized long nextId() {
            long timestamp = timeGen();
            //闰秒
            if (timestamp < lastTimestamp) {
                long offset = lastTimestamp - timestamp;
                if (offset <= timestampOffset) {
                    try {
                        wait(offset << 1);
                        timestamp = timeGen();
                        if (timestamp < lastTimestamp) {
                            throw new RuntimeException(String.format("Clock moved backwards.  Refusing to generate id for %d milliseconds", offset));
                        }
                    } catch (Exception e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                } else {
                    throw new RuntimeException(String.format("Clock moved backwards.  Refusing to generate id for %d milliseconds", offset));
                }
            }

            if (lastTimestamp == timestamp) {
                // 相同毫秒内，序列号自增
                sequence = (sequence + 1) & sequenceMask;
                if (sequence == 0) {
                    // 同一毫秒的序列数已经达到最大
                    timestamp = tilNextMillis(lastTimestamp);
                }
            } else {
                // 不同毫秒内，序列号置为 1 - 3 随机数
                sequence = ThreadLocalRandom.current().nextLong(1, 3);
            }

            lastTimestamp = timestamp;

            // 时间戳部分 | 数据中心部分 | 机器标识部分 | 序列号部分
            /**
             * 时间起始标记点，作为基准，一般取系统的最近时间（一旦确定不能变动）
             */
            long twEpoch = 1288834974657L;
            return ((timestamp - twEpoch) << timestampLeftShift)
                    | (nodeId << nodeIdShift)
                    | (workerId << workerIdShift)
                    | sequence;
        }

        protected long tilNextMillis(long lastTimestamp) {
            long timestamp = timeGen();
            while (timestamp <= lastTimestamp) {
                timestamp = timeGen();
            }
            return timestamp;
        }

        protected long timeGen() {
            return SystemClock.now();
        }

    }

}
